促进滑坡灾害监测技术进步 为矿山安全开采提供技术保障 ——中国矿业大学（北京）副教授陶志刚博士

2019-05-07

陶志刚，博士，中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室科研秘书、副教授、硕士生导师，2018年中国能源研究会优秀青年能源科技工作者。兼任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会副秘书长，中国岩石力学与工程学会古遗址保护与加固工程专业委员会委员。主要从事岩土工程、地质工程、边坡工程、地震工程、隧道工程灾害监测预警及控制等方面的教学和科研工作。2013年5月进入北京矿冶研究总院矿山所工作，2014年6月调入中国矿业大学（北京）工作。

陶志刚博士作为项目负责人主持国家自然科学基金1项、中国博士后科学基金面上项目1项、中央高校基本科研业务费专项资金项目4项、浙江省山体地质灾害防治协同创新中心开放基金1项；作为技术骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金和浙江省重点研发项目等12项研究课题。作为项目负责人和技术负责人先后完成“南芬露天铁矿采场下盘危险边坡滑动力监测预警研究（1～5 期）”“内蒙古赤峰西露天煤矿危险边坡监测预警系统研究”“白云鄂博稀土矿危险边坡综合监测预警研究”“吉尔吉斯共和国伊士坦贝尔德金矿金金属富集区划及自动沉落式采矿方法研究”“三峡库区巴东段危险边坡滑动力监测预警研究”“北京市门头沟区戒台寺滑坡监测”“中国黄金长山壕露天金矿反倾边坡倾倒弯曲变形机理及稳定性评价”“三峡集团乌东德泄洪口高陡边坡稳定性NPR锚索监测预警”等典型滑坡大变形灾害监测、预警、控制横向课题35项。

1　恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统

本溪钢铁（集团）矿业公司南芬露天铁矿是单体露天矿山，1999年以来，在特殊地形和长期矿山开采综合影响下，采场下帮边坡形成了多处较大规模的滑坡体，滑坡体长252 m，宽250 m，滑动方向270°，滑坡体的体积约52万立方米，压矿近千万吨，10年来不能开采，给企业造成了重大损失。在“长江学者和创新团队发展计划”与本溪钢铁（集团）矿业公司南芬露天铁矿的共同资助下，中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室和南芬露天铁矿的专家、教授和科研人员组成攻关小组，陶志刚博士作为现场技术负责人带领团队针对边坡岩体大变形灾害监测过程中天然滑动力难以测量的问题，以及滑动力远大于传统锚索的材料强度时，锚索断裂、力学信号传输系统破坏、整个监测系统失效，无法对滑坡全过程进行监测的难题，通过对不同材料、结构进行优化选择和组合试验，定型了具有恒阻大变形力学性能的缆索，确定了恒阻装置的结构组成、材料参数和几何参数；对恒阻大变形缆索进行现场力学特性试验，试验结果证明恒阻大变形缆索具有恒阻特性，即恒阻力达到85 0 kN时，保持恒阻的变形量可达2 000 mm；建立了恒阻大变形缆索的能量本构关系，推导了边坡岩体和缆索相互作用能量平衡方程，为滑坡地质灾害监测和加固设计奠定了理论基础；基于恒阻大变形缆索和北斗卫星通讯平台，研发出滑动力3S远程监测预警系统，从根本上实现了对滑坡灾害进行远程实时监测与超前预警预报的目的。相关技术应用于辽宁省南芬露天铁矿采场下帮边坡滑动力监测预警工程中，及时掌握了滑坡体稳定状态，从而对因滑坡影响10年不能开采的千万吨铁矿石进行回采，取得较好经济社会效益，实现了加固‐防治‐监测‐预警一体化的目标。陶志刚博士与团队取得的“恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统”成果于2011年6月通过中国岩石力学与工程学会的鉴定验收。

2　开发滑坡远程实时监测预警系统

河南省灵宝罗山矿区在长期的地下开采空区影响下，已形成面积为17.96万平方米，总体积约405.2万立方米的滑坡体，严重威胁滑坡体下方金和多金属钼（经济价值达26.24亿元）的安全开采。在“长江学者和创新团队发展计划”以及河南省灵宝市金源矿业有限责任公司的共同资助下，中国矿业大学（北京）和灵宝市金源矿业有限责任公司的专家教授和科研人员组成攻关小组。在何满潮院士的指导下，陶志刚博士与项目团队以“滑动力大于抗滑强度是滑坡产生充要条件”作为滑坡体滑动的主要判据，进行了滑坡过程物理模拟实验，提出了滑动力监测原理；根据滑动力监测原理，推导出滑动力和人为力学量之间的函数表达式，利用可测的人为力学量，通过公式计算出不可测的滑动力，研制了相应的监测仪器和装置，并开发出相应的远程实时监测预警系统；根据罗山矿区的具体地质条件提出了以改变采矿顺序的方法来控制滑坡的理念，并成功应用了滑坡远程实时监测预警系统，为矿山的安全开采提供了技术保障。项目成果于2009年2月通过验收。

多年来，陶志刚博士累计发表学术论文120余篇，其中以第一作者（含通信作者）发表的文章13篇被SCI收录，15篇被EI（刊）收录，3篇被ISTP收录，13篇中文核心期刊论文。独立出版专著1部，参与编写专著3部。所取得的成果先后获2012年度中国钢铁工业协会/中国金属学会冶金科学技术奖三等奖、2014年度中国岩石力学与工程学会科学技术奖一等奖、2018年度山东省科学技术奖二等奖。

陶志刚博士在双体灾变力学理论深化与现场工程应用等方面作出了突出贡献，累计在全国17个省市（地区）建设滑坡灾害滑动力实时监测点432个，参与成功预报12次滑坡和裂缝灾害，均提前4～13小时发出临滑预警。